穩(wěn)健的系統(tǒng)發(fā)育假說是生物多樣性和進化研究的基礎,其對于解決分類爭議,理解演化歷程和解析分化模式至關重要。樹蛙科(Rhacophoridae)隸屬于兩棲綱Amphibia、無尾目Anura,多樣性豐富,目前已描述有約19個屬420個物種,廣泛分布于東亞、東南亞、南亞和非洲地區(qū)。該類群表現(xiàn)出多樣的性狀差異,因此,該科在生物學的諸多領域受到廣泛關注,是驗證進化假說的理想材料。近些年,基于傳統(tǒng)DNA基因片段數(shù)據(jù),樹蛙科的系統(tǒng)發(fā)育研究取得了較大進展,但是,爭議和沖突的地方仍然廣泛存在,需深入的系統(tǒng)研究。另外,樹蛙科有著兩棲類中最為豐富的繁殖類型,那么,這些繁殖方式是如何演化的,以及與物種多樣性分化的關系,目前并不清楚。
為此,車靜研究組與美國自然歷史博物館Elizabeth Prendini博士一起,聯(lián)合國內(nèi)外合作者收集了各大陸樹蛙科主要代表類群物種,基于探針雜交富集的高通量測序方法,獲得了352個核基因序列,對樹蛙科進行了首次系統(tǒng)發(fā)育基因組學研究。分析顯示,樹蛙科主要支系間的關系得到很好解決(圖1),解決了一些分類爭議?;跁r間樹,我們重建了現(xiàn)生樹蛙科的生物地理歷程(圖2)。分析顯示現(xiàn)生樹蛙科起源于亞洲內(nèi)陸地區(qū),時間點對應于始新世氣候適宜時期,然后輻射到東南亞、南亞、喜馬拉雅山和非洲。類似的時空演化模式在其他類群中也有被報道,提示這可能是一個共同模式。
另外,樹蛙科繁殖類型以有序的漸進的方式進行,演化方向是越來越擺脫對水體的依賴(圖3)。水生繁殖方式是樹蛙科最原始的繁殖特征,膠狀繁殖方式是水生繁殖方式向陸生繁殖方式轉(zhuǎn)變的過渡特性。不同的繁殖方式在進化上是保守的,完成樹蛙科繁殖方式的轉(zhuǎn)變持續(xù)約30 Ma,這與傳統(tǒng)的“適應性輻射”模式不符。重要的是,繁殖方式的演化與物種多樣性分布的不均勻緊密相關。分化速率與物種多樣性成正比,越新出現(xiàn)的繁殖類型越陸地化,分化速率也越高(圖4)。這些結(jié)果證實了:繁殖類型可能是一個關鍵性狀,促進了樹蛙科的多樣性分化。
本工作通過廣泛的國際合作,使用新的技術(shù)和方法,提升了我們對物種多樣性格局形成模式的認識。
上述研究成果以“An integrative phylogenomic approach illuminates the evolutionary history of Old World tree frogs (Anura: Rhacophoridae)”為題,發(fā)表于Molecular Phylogenetics and Evolution(文章鏈接DOI: 10.1016/j.ympev.2019.106724),該論文第一作者為陳進民(昆明動物研究所助理研究員),Elizabeth Prendini(美國自然歷史博物館)和吳云鶴(昆明動物研究所博士研究生),通訊作者為車靜研究員和西南林業(yè)大學副教授袁智勇。該工作在研究過程中得到了國家自然科學基金項目、中國科學院東南亞中心項目及國際伙伴計劃、中國西南野生生物種質(zhì)資源庫動物分庫等相關項目的大力支持。
本文轉(zhuǎn)載于:中國科學院昆明動物研究所 http://www.kiz.cas.cn/xwzx/kydt/202003/t20200324_5518680.html
圖1:基于352個核基因構(gòu)建的樹蛙科物種系統(tǒng)發(fā)育關系。
圖2:樹蛙科物種的生物地理重建。
圖3:樹蛙科物種繁殖方式的祖先性狀重建。
圖4:樹蛙科不同繁殖方式的分化速率比較。